本实用新型专利技术公开具有施压和监控功能的原位固态电池光谱装置，包括用于施加压力的压力驱动装置、用于感知压力的压力感知装置、原位光谱固态电池装置，所述压力驱动装置连接压力感知装置的顶端，所述压力感知装置的底端连接原位光谱固态电池装置；所述压力驱动装置、所述压力感知装置与所述原位光谱固态电池装置位于同一轴线上。本实用新型专利技术的有益效果：通过施加不同外部压力以及感知电池在充放电过程中内部应力电化学过程的变化情况，获得不同压力状态下内部应力随电化学过程的变化情况；原位光谱固态电池装置实现对电极材料在充放电过程中的原位光谱学研究；能够获得更加高效、更加具有选择性的研究数据。更加具有选择性的研究数据。更加具有选择性的研究数据。
【技术实现步骤摘要】
具有施压和监控功能的原位固态电池光谱装置
[0001]本技术涉及一种材料结构
‑
机理原位表征领域，尤其涉及的是一种原位固态电池光谱装置。
技术介绍
[0002]电动汽车(EV)的广泛采用高度依赖于高性能电化学储能系统的发展。在过去的几年中，常规的锂离子电池(LIB)通常用于为电动汽车供电，尽管这些电池仍然面临着严峻的挑战，例如有机液体电解质的易燃性，有限的工作温度和电压范围以及有限的容量。全固态锂离子电池是通过使用不燃固体电解质来克服上述缺点的一种有前途的替代方案。同时，他们不仅是具有较少的安全问题，并可以通过加入锂金属阳极来促进高能量密度的电池。尽管ASSB(萨博，汽车名称)具有巨大的优势，但仍需要解决许多因素。例如，不燃固体电解质特别是聚合物固态电解质，具有较差的离子电导率，并且在电解质和活性材料界面上的界面不相容性也严重阻碍了它的发展。因为与液体电解质相比，两种固相之间的物理失配会在界面处形成空隙。在固态电池中，通常通过混合电解质、活性物质和导电剂来制造复合阴极。复合材料的微观结构和形态特性取决于混合条件，例如外部压制压力和温度，而不良的界面接触限制了锂离子的传输途径。此外，在锂化/去锂化过程中，活性材料颗粒体积的变化会导致微观结构中局部应力的累积，裂缝的扩展和容量的衰减。因此，与液态电解质电池相比，在固态电池中内部结构的应力结构变化以及外部施加的压力都会对其内部的微结构产生至关重要作用。而且，大多数阴极活性材料在锂化过程中会膨胀。尽管与基于合金的阳极活性材料中观察到的体积变化相比可以忽略不计，但由于界面的固/固接触，在全固态电池中这是至关重要的。换句话说，虽然液体电解质电池可以容纳阴极AM的微小体积膨胀，但对于固态电池，即使很小的体积变化也可能导致颗粒破裂并最终粉碎。因此，研究在固态电池循环中持续的膨胀/收缩会加剧界面阻力和应力演变的研究也具有十分重要的科学意义。如何实现对全固态电池的外部压力控制以及如何监控电池在一定压力条件下内部应力如何随充放电过程变化对于研究人员来说不仅具有科学研究意义，，同样对于电池的商业化发展也具有十分重要的实践意义。
[0003]此外，X射线作为一种穿透强度足够大的有效光谱学研究手段，通常可以作为研究固态电池内部结构变化和应力变化最为重要的一种检测手段。如何将X射线光谱学的检测方法也有效的融合在上述科学研究中对于科研人员来说无疑是增加了一把研究固态电池的利剑，十分有助于全固态电池的快速发展。
[0004]固态电解质和活性物质界面的界面电阻的主要来源是其物理接触不良，其界面在循环过程中的电化学不稳定性以及由于体积变化而在界面上产生的化学机械应变。研究其界面接触的有效方法之一就是给其在外部施加不同的压力，目前，研究人员主要是通过可施加压力的固态电解质电池模具来实现，但使用这一模具的缺点在于，单次使用过程中只能施加一个压力，而且在施加固定压力后是完全靠螺钉对其锁死，无法探测其充放电过程中的压力变化情况。这种方法给研究人员研究不同外力对电池的影响以及了解充放电过程
中的压力变化带来了巨大的困难。而在探测电池内部应力变化方面，目前常用的研究方法就是采用多光束光学应力传感器，通过传感器将薄膜中的应力/应变与循环过程中的曲率相关联，但这种方法在进行原位实验时既困难又费时，其探测实验效率太低。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
[0006]本技术所要解决的技术问题在于：如何解决现有的原位固态电池光谱装置对固态电解质内部结构的应力结构变化的探测方法效率太低的问题。
[0007]本技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0008]具有施压和监控功能的原位固态电池光谱装置，包括用于施加压力的压力驱动装置、用于感知压力的压力感知装置、原位光谱固态电池装置，所述压力驱动装置连接压力感知装置的顶端，所述压力感知装置的底端连接原位光谱固态电池装置；所述压力驱动装置、所述压力感知装置与所述原位光谱固态电池装置位于同一轴线上。
[0009]本技术工作过程：先将原位光谱固态电池装置取下拿到手套箱中，装入电极材料和电解质材料后从手套箱中将其取出，将原位光谱固态电池装置放回原位，通过连接好控制线路与安装过控制软件的计算机可以进行人机界面互动进行施加压力设置，进行表征实验。
[0010]本技术通过顶部的压力驱动装置可以有效的对固态电池施加各种大小不同的外部压力，从而实现不同外部压力对全固态电池性能影响的科学研究；同时，施加一定外部压力后，通过的压力感知装置可以随时感知电池在充放电过程中，用于实现电池内部应力变化研究；通过原位光谱固态电池装置，包括可见光和X射线等多种光谱测试方法，电解质材料在可监测的压力条件下充放电循环过程中物相结构变化以及电池性能变化的研究；该装置适用于新型高能量密度的固态电解质材料电池体系，这些原位数据的获取将会为研发更加高效、更具选择性的高效电极材料注入新的活力和思想。
[0011]优选的，所述原位光谱固态电池装置包括压力电池外壳、第一压头电极、第二压头电极，所述第一压头电极密封安装在压力电池外壳的上部，所述第二压头电极密封安装在压力电池外壳的下部，所述第一压头电极与所述第二压头电极之间为电极材料和电解质材料的安装位置，所述压力电池外壳与电极材料和电解质材料的安装位置对应的位置为X射线的窗口位置。
[0012]优选的，所述压力电池外壳为呈“8”字型结构的中空结构，所述压力电池外壳的内部具有上下对称的台阶状锥形孔，所述第一压头电极为台阶状的锥形体，所述第一压头电极通过密封圈安装在位于上部的台阶状锥形孔，所述第二压头电极为台阶状的锥形体，所述第二压头电极通过密封圈安装在位于下部的台阶状锥形孔。
[0013]优选的，所述第一压头电极与所述第二压头电极均为金属材质制得，所述第一压头电极与所述第二压头电极的小端的圆柱面上具有供电源插入的导线孔。
[0014]内部的电池充放电是通过第一压头电极和第二压头电极接触电极材料来实现，在其尾端的外圆柱面上的导线孔可方便电源引线的插入。
[0015]优选的，所述第一压头电极的顶端具有位于压力电池外壳外部的限位板，能够被限制在所述压力电池外壳的外部的限位板的顶面为平面，该平面为压力承载面。
[0016]优选的，还包括绝缘定位座，所述压力电池外壳的底部、以及第二压头电极的底部与所述绝缘定位座连接。
[0017]优选的，所述压力感知装置包括压力传感器、绝缘保护筒、加压头，所述加压头沿轴线内置于所述绝缘保护筒内，所述压力传感器的顶端与所述压力施加装置连接，所述压力传感器的底端与所述加压头连接，所述绝缘保护筒的底端为封闭端，所述绝缘保护筒的底端与所述原位光谱固态电池装置的顶端连接。
[0018]优选的，还包括模具压簧，所述加压头的底部具有导柱，所述模具压簧内置于所述绝缘保护筒内，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.具有施压和监控功能的原位固态电池光谱装置，其特征在于，包括用于施加压力的压力驱动装置、用于感知压力的压力感知装置、原位光谱固态电池装置，所述压力驱动装置连接压力感知装置的顶端，所述压力感知装置的底端连接原位光谱固态电池装置；所述压力驱动装置、所述压力感知装置与所述原位光谱固态电池装置位于同一轴线上。2.根据权利要求1所述的具有施压和监控功能的原位固态电池光谱装置，其特征在于，所述原位光谱固态电池装置包括压力电池外壳、第一压头电极、第二压头电极，所述第一压头电极密封安装在压力电池外壳的上部，所述第二压头电极密封安装在压力电池外壳的下部，所述第一压头电极与所述第二压头电极之间为电极材料和电解质材料的安装位置，所述压力电池外壳与电极材料和电解质材料的安装位置对应的位置为X射线的窗口位置。3.根据权利要求2所述的具有施压和监控功能的原位固态电池光谱装置，其特征在于，所述压力电池外壳为呈“8”字型结构的中空结构，所述压力电池外壳的内部具有上下对称的台阶状锥形孔，所述第一压头电极为台阶状的锥形体，所述第一压头电极通过密封圈安装在位于上部的台阶状锥形孔，所述第二压头电极为台阶状的锥形体，所述第二压头电极通过密封圈安装在位于下部的台阶状锥形孔。4.根据权利要求2所述的具有施压和监控功能的原位固态电池光谱装置，其特征在于，所述第一压头电极与所述第二压头电极均为金属材质制得，所述第一压头电极与所述第二压头...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟峰，范辉，陈兴，
申请(专利权)人：北京中研环科科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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